基于AIS大数据耦合分析的沿海港口泊位利用率研究

针对我国沿海港口能力供给水平数据跟踪方面长期存在的时效性差、人为统计过程中易出现错漏等诸多问题,分析传统泊位通过能力统计失真的具体原因,提出将泊位利用率作为评价港口服务水平的表征指标,依托地理信息系统(GIS)平台和基于船舶自动识别系统(AIS)等数据耦合的空间拓扑分析,综合考虑空间关系、航速特征、经留时间等影响因素,研发基于AIS大数据的泊位利用率算法模型,并以上海港2019年集装箱泊位利用率为例进行算法验证。结果表明,所提出的泊位利用率算法模型是可信的;提供了一种能够反映客观实际、定量分析判断港口服务水平的技术手段,可为政府部门长期动态监测港口能力与运输需求互动平衡关系,支撑政府部门决策港口发展重点和建设时序,避免空间资源浪费、重复建设、能力过剩等问题提供技术支撑。

基于改进反步滑模控制算法的拖轮自主靠泊控制

[目的]针对拖轮的自主靠泊控制问题,研究基于虚拟船领导的目标跟踪控制策略在拖轮自主靠泊中的应用。[方法]首先,将拖轮的自主靠泊过程转变为虚拟拖轮和实际拖轮的目标跟踪控制过程;然后,设计靠泊系统的运动学模型,考虑靠泊场景中的特殊环境干扰,使用反步法和滑模控制法(SMC)设计全回转尾推进拖轮的自主靠泊控制器,提供了3种不同的滑模面设计并使用李雅普诺夫函数进行稳定性验证;最后,采用仿真实验的方式,通过靠泊轨迹、速度误差和距离误差来对控制的效果进行验证。[结果]仿真实验结果表明,设计的拖轮自主靠泊控制策略以及控制器在拖轮自主靠泊场景中具有较好的效果,面对系统的不确定干扰有较好的表现。[结论]该控制策略以及靠泊控制器的适用性以及鲁棒性较好,以全新的角度实现了拖轮自主靠泊控制,为后续拖轮的靠泊控制研究提供了新的方向。

欠驱商船的自主靠泊轨迹规划研究

针对大型商船在自主靠泊时的轨迹规划任务,分别考虑远码头轨迹规划和码头末端镇定靠泊两部分.基于大型船舶自身特点及限制等多约束分析的分阶段路径规划方法,完成面向大型商船自主靠泊的轨迹规划任务.考虑大型商船自身体型较大,低速运动时船舶的舵效和实船操纵性能差等难题,提出大型船舶自身限制等多约束分析的人工势场法,改进传统人工势场法中存在引力过大、目标不可达的问题.同时考虑镇定阶段船舶自身及泊位信息对船舶艏向和速度的约束,绘制舵角的输出变化曲线,并进行航迹规划,为商船选择合适的航线进行靠泊提供了理论依据.

智能船舶靠泊技术研究热点与趋势

在梳理近年来国内外智能船舶靠泊技术研究现状的基础上,首先从靠泊方式、数学模型和控制算法3个方面分别归纳靠泊技术的研究热点与应用情况,分析智能船舶靠泊技术在自主性、建模精度、路径规划、控制算法、节能效果和系统测试等方面尚待解决的问题。然后,从航海实际需求出发,提出下一步需要突破的有关信息融合、在线建模、智能决策、算法优化、绿色节能和测试技术等方面的核心理论和关键技术问题,努力提升靠泊技术的自主性、鲁棒性、快速性和“韧性”,助力实现安全、绿色、高效的智能航运目标。

考虑海铁联运的集装箱码头泊位分配优化

在海铁联运背景下,协同考虑到港船舶及铁路班列特点,优化集装箱码头泊位分配,对于提高港口作业效率至关重要。在满足码头岸线、泊位水深、岸桥等资源约束前提下,综合考虑船舶服务优先级和偏好泊位、铁路集装箱班列到发时间等约束,以船舶在港停留时间和泊位偏移惩罚时间最小为优化目标,建立海铁联运集装箱码头泊位分配优化模型;针对模型特点,设计自适应遗传算法进行求解,选取计划周期48 h内的到港船舶数据进行案例分析,通过MATLAB数值实验,得到符合船舶服务优先级和泊位偏好要求且契合铁路班列开行计划的海铁联运码头泊位分配方案。数值实验结果表明:在海铁联运协同优化条件下,船舶平均等泊时间为2.9 min,最大等泊时间为11.4 min,同时船舶的靠泊位置与偏好泊位之间的距离均不超过100 m,船舶在港的停留时间及偏好泊位差都得到了较好的控制。研究可进一步优化海铁联运集装箱码头泊位分配方案,有利于提高海铁联运集装箱在港转运效率。

集装箱港口多码头泊位联合分配优化研究

多码头泊位联合分配是港口资源整合、提升服务水平的重要手段。针对集装箱港口多码头泊位计划,考虑不同码头泊位条件、岸桥能力等因素,构建多码头泊位-岸桥集成分配数学模型。设计改进灰狼算法(IGWO),利用离散化映射进行编码设计,基于优胜劣汰法实现种群动态进化。设计算例,将IGWO与果蝇算法和粒子群算法进行对比。结果显示:IGWO算法优化结果分别提升16.6%和21.1%;利用IGWO对不同船舶到港密度泊位算例进行求解,其中,多码头泊位分配可有效减少总时间成本及延误船舶数量,节省岸线资源约10%。结果表明:设计的模型及算法可有效解决多码头泊位联合分配问题。

深圳沿海某大型LNG码头平面设计要点分析

在国内LNG码头建设的新形势及新要求下,参照深圳沿海某大型LNG码头及陆域实际设计案例,采用规范和软件分析计算LNG码头泊位长度,并采用系泊物理模型试验进行验证及评估。通过现状及自然条件的分析,对陆域形成提出优化方案,并采用潮流泥沙数模试验分析等技术手段验证优化的陆域形态的合理性,同时对陆域形成的高程确定进行了系统分析。上述平面设计要点及技术问题的分析及解决方案,可为类似LNG码头以及陆域形成工程提供参考。

双侧靠泊油码头靠船墩结构的设计优化

针对双侧靠泊平面布置形式的离岸式油码头的靠船墩设计,通过有限元计算软件建立分析模型,对3个不同设计方案的靠船墩结构受力进行分析,得到每个方案的桩顶轴力、弯矩和墩台位移等计算结果,并对其进行对比。结果表明:船舶撞击力为靠船墩设计的控制性荷载,双侧泊位的船舶撞击力一般不同时发生且作用方向相反,共用靠船墩的设计方案能部分分担甚至抵消一侧船舶撞击力,从而显著改善结构受力,减小桩基内力和墩台位移,并节约建设成本。

基于CSA-AFSA算法的集装箱港口连续型泊位分配优化

为提升集装箱港口运营效率,笔者研究了考虑潮汐因素与泊位偏好的连续型泊位分配问题。引入了船舶时空矩形不可重叠约束和潮汐时间窗约束,构建以最小化船舶等待、延迟离港、泊位偏离以及在港期间油耗费用和最小为目标的混合整数线性规划模型;根据模型特征,采用CPLEX求解软件、鱼群算法、布谷鸟搜索算法和布谷鸟鱼群混合算法进行求解,以计划周期为36 h的20个不同规模的船舶到港数据为研究算例,通过算例求解得到符和潮汐时间窗、泊位偏好等要求的泊位分配方案。算例求解表明:算例规模较小时,CPLEX可以在较短时间内求出最优泊位分配方案;算例规模较大时,CPLEX求解时间较长,布谷鸟鱼群混合算法可以在平均3 min内求出与CPLEX差距为0.39%~4.20%的次优解;不同算法间的对比表明,布谷鸟鱼群混合算法求解能力更优,混合算法所得泊位分配方案中,乘潮船舶的进出港时刻均在潮汐高水位时段,且85%以上的船舶在偏好泊靠点200 m内接受装卸服务。

考虑占用率的大型停车库泊位动态分配模型

为提高驾驶员泊车效率,本文考虑不同停车库占用率下的停车库运营者及驾驶员泊位分配需求,构建大型停车库泊位分配模型。本文引入停车库占用率将停车库空满等级划分为空闲泊位充裕时段、空闲泊位适中时段、空闲泊位紧缺时段,综合考虑停车库运营者运营管理需求与驾驶员快速寻泊需求,以寻位行驶时间、离开停车库行驶时间为参数构建运营管理时间效用函数,以寻位行驶时间、停车入位耗时、步行时间为参数构建驾驶员泊车耗时效用函数;将运营管理时间效用与驾驶员泊车耗时效用加权统一为总时间效用,以总时间效用最大化为目标,建立兼顾停车库运营者及驾驶员泊位分配需求的泊位分配模型;引入泊位利用率、停车总耗时量化模型性能。以西安市某大型商业停车库为例,选取9:00、11:30、13:00表征空闲泊位充裕、空闲泊位适中、空闲泊位紧缺时段进行泊位分配。不同停车库空满等级下,停车库内空闲泊位的总时间效用与停车总耗时均呈负显著相关,其中,空闲泊位充裕时段,停车库内空闲泊位的总时间效用与停车总耗时的相关性最弱,相关系数为-0.461;空闲泊位紧缺时段,停车库内空闲泊位的总时间效用与泊位利用率呈正显著相关,相关系数为0.710。研究表明本模型可在优选停车总耗时较小泊位的基础上,为停车高峰时段预留利用率较高的泊位,提高空闲泊位紧缺时段的泊车效率及驾驶员的泊车满意度。

南京某高桩码头靠泊能力仿真分析与在线监测预警

高桩码头服役环境复杂,码头结构在数十年的运行期内会发生不同程度的损伤,影响码头的安全运营。在码头运行过程中,船舶荷载是高桩码头结构的主要荷载,对码头结构的安全性、耐久性影响较大。本文对南京港某码头靠泊能力进行了有限元仿真分析,提出船舶靠泊过程中的三级安全预警阈值;结合长期在线监测,为码头结构安全服役提供技术支撑。研究结果表明:在船舶撞击1#排架的情况下,船舶撞击力达到238 kN时,码头结构响应达到三级预警指标,码头位移为3.8 mm,桩基顶部应变为69×10-6;船舶撞击力达到323 kN时,码头结构响应达到二级预警指标,码头位移为5.1 mm,桩基顶部应变为100×10-6;船舶撞击力达到471 kN,码头结构响应达到一级预警指标码头位移为7.5 mm,桩基顶部应变为156×10-6。在线监测预警结果表明,码头结构具备5 000吨级船舶靠泊能力,在规范靠泊的前提下,能够满足8 000吨级船舶靠泊的结构安全要求。

陆丰甲湖湾电厂配套码头水工结构创新

码头面不均匀沉降、大小泊位衔接不顺等是重力式码头中的常见质量问题。广东陆丰甲湖湾电厂1、2号机组和3、4号机组配套码头为岸壁式重力式码头,相比常规码头2000 t左右的沉箱构件,该码头主体采用4600 t以上的超大沉箱,减少了构件和结构缝数量,并通过统一主要构件的受力条件、设置过渡板针对性解决码头面不均匀沉降,通过设置过渡沉箱和预制块体解决了大小泊位衔接处的基床夯实问题。同时在码头结构与上部结构一体化设计以及附属设施选型方面均进行了一系列创新,实践表明达到了预期效果。

40万吨满载靠泊烟台西港502泊位操纵

为了确保烟台西港502航道顺利实现40万吨满载船只的靠泊,详细介绍了烟台西港502泊位航道具体情况,包括对水文、气象及潮流、锚地、引航资料及报告线。描述了具体的靠泊操作过程,指出了入港操纵注意事项。实施这样的操作过程,能够确保烟台西港502航道顺利实现40万吨满载船只的靠泊。

潮汐影响下基于长方体排列的船舶调度问题研究

大型港口的泊位分配与船舶调度是决定港口吞吐量和运行效率的关键问题。船舶在选择泊位停靠时受泊位空闲时间、泊位长度、泊位实时水深等多方面的因素影响,优化目的是缩短船舶的平均等待时间或总等待时间。本文研究面向青岛港的泊位分配与船舶调度问题,在考虑潮汐影响下,提出长方体排列模型,描述潮汐影响下船舶有不同吃水深度、不同类型、不同服务时间需求的船舶调度问题。在所提模型基础上,设计了两阶段贪心算法和船舶优先级与泊位分配的二维遗传算法,通过仿真数据和青岛港的真实数据验证了该方法的有效性。

中小型高桩梁板式码头结构优化研究

以某旅游休闲码头工程为依托,以结构安全、节省投资为目标,对常规的高桩梁板式结构,通过优化桩基布置、调整结构分缝型式、设置大刚度靠船块体和挡浪边板,提出一种适应于中小型码头的新型高桩梁板式结构。经技术经济比较,优化后的结构可节省工程投资达623万元。同时针对该结构空间特征显著的特点,对其三维计算模型模拟原则、单元类型选择及桩基与上部结构的连接拟合进行分析研究,给出指导性意见,可为类似项目的结构设计提供技术借鉴与参考。

基于3D激光雷达的水面无人艇靠泊参数估计

为准确地估计靠泊参数,提出了一种基于艇载3D激光雷达的靠泊参数估计方法。该方法包括2个主要模块:无人艇位姿估计和靠泊状态估计。无人艇位姿估计模块采用点云预处理算法对原始点云进行降采样并滤除异常值,利用点云配准算法实现了无人艇靠泊过程中的位姿估计。靠泊状态估计模块通过MSAC算法提取泊位边界信息,并基于此信息计算靠泊参数。实验结果表明:该算法所得无人艇位姿信息和靠泊参数信息均与实际相符,平均靠泊距离误差小于0.023 m,平均角度误差小于0.26°,验证了该靠泊参数估计算法的准确性和合理性。

基于CMA-ES的USV自动靠泊研究

本文提出基于CMA-ES优化的LQR船舶自主靠泊控制系统,系统化地解决船舶在靠泊过程中涉及的路径规划、最优控制、外界干扰、物理执行结构约束等问题并使用仿真软件实现基于LQR以及基于CMA-ES优化的LQR的自主靠泊控制系统,实验结果表明,基于CMA-ES的优化控制方法能够很好地实现小型船舶的自主靠泊,系统鲁棒性表现良好。

基于NSGA-Ⅱ算法的自动驾驶停车泊位优化模型

完全自动驾驶车辆将具有自动泊车功能,自主泊车技术可实现多排布局的高密度、集约化停车布局,将彻底改变双排多通道的传统停车布局方式.然而,在释放被阻塞车辆时不可避免产生额外的移动和拥堵.为了明晰多排布局产生排队阻塞和额外移动次数与空间利用率提升的悖反规律,综合考虑停车场的几何属性、移动策略、需求特征等设计要素,通过车辆协同让道规则释放阻塞车辆,以泊位数量最大和移动次数最少为双重目标,构建了自动驾驶条件下多排布局方式停车泊位优化模型,设计了带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行求解,通过数值实验提出了停车设施的最佳区域和布局,同时还进行了不同移动策略的敏感性分析.结果表明,在不降低停车位利用率的前提下,基于就近原则的移动策略大大减少了预期移动次数.

信息共享下的港口泊位调度模式与方法

区块链等信息技术的发展为上下游港口间的信息共享提供了条件,促进了港口间的协作运营。针对港口间信息不通畅、泊位计划受扰动等问题,提出上下游港口间的信息共享机制,设计了各参与方共享港口作业数据的内容、权限与更新流程,重点研究了信息共享下的动态泊位调度模式和方法,讨论了信息共享的策略、参与度以及时效性等因素对所有船舶在港周转时间的影响。数值实验验证了信息共享的效果,成员参与度、信息的时效性对提升码头服务水平具有重要作用。上游港口即使少部分信息共享,也可提升下游港口的泊位利用效率,缩短船舶在港周转时间,降低不确定性因素对港口泊位计划的干扰,减少上游港口扰动带来的蔓延性影响。

基于零空间的船舶自主靠泊自抗扰控制分配

[目的]针对船舶自主靠泊过程中遇到的环境载荷、岸壁效应、模型不确定以及控制分配误差等多源干扰的影响,提出一种基于零空间的自抗扰控制(ADRC)分配方法。[方法]首先,建立船舶靠泊运动数学模型、多源干扰模型和控制分配模型,并据此设计神经网络扩张状态观测器(NNESO)实时估计船舶运动及其所受到的多源干扰;然后,引入零空间技术设计控制分配算法,并基于该方法实现先泊位外镇定再平行靠泊方案;最后,证明船舶自主靠泊系统在所提方法下所有误差信号一致最终有界,保证船舶自主靠泊过程的安全性。[结果]仿真对比结果表明,所提方法在轨迹跟踪效果与二次规划(QP)法近似的情况下,求解所需时间为其1.3%,艏向最大分配误差为伪逆法(PI)的36.51%。[结论]所提方法在满足靠泊运动控制精度的同时,求解所需时间明显缩短,最大分配误差显著降低,保证了控制分配的实时性与精确性。